一种CYP1A1基因多态性检测特异性引物和液相芯片

摘要

本发明公开了一种CYP1A1基因检测液相芯片和特异性引物，该液相芯片主要包括有：每种由5’端的tag序列和3’端针对目的基因突变位点的特异性引物序列组成的ASPE引物，所述特异性引物序列为：针对T109C位点的SEQ ID NO.17和SEQ ID NO.18；针对T97C位点的SEQ ID NO.19和SEQ ID NO.20；针对133-134insT位点的SEQ ID NO.21和SEQ ID NO.22；针对T201A位点的SEQ ID NO.23和SEQ ID NO.24；针对C240A位点的SEQ ID NO.25和SEQ ID NO.26；针对A242G位点的SEQ ID NO.27和SEQ ID NO.28；针对C248A位点的SEQ ID NO.29和SEQ ID NO.30；和/或针对G135T位点的SEQ ID NO.31和SEQ ID NO.32；有anti-tag序列包被的微球；扩增引物。本发明所提供的检测液相芯片的检测结果与测序法的吻合率高达100％，实现多个突变位点的野生型和突变型并行检测。

说明书

技术领域

本发明属于分子生物学领域，涉及医学和生物技术，具体的是涉及一种CYP1A1基因多 态性检测特异性引物和液相芯片。

背景技术

P450(Cytochromes P450)是外源性化学物质在体内生物转换第一时相最主要的代谢酶， 前致癌物进入体内经CYP450催化(包括环氧化、脱环基化、氧化、还原、水解等多种类型的 化学过程)，转变成亲电子化合物攻击细胞内生物大分子，启动致癌或致突变过程。细胞色素 CYP450是一组结构和功能相关的超家族基因编码的同工酶，属于血红蛋白类酶，其亚家族 成员CYP1A1与吸烟诱导的肺癌关系密切。

CYP1A1是CYP450家族的一个重要成员，位于人类第15对染色体，有7个外显子。 CYP1A1的主要编码产物芳烃羟化酶(aryl hy2drocarbon hydroxlylase，AHH)，是代谢激活烟 草中多种前致癌物如多环芳烃(polycyclic aromatic hydro-carbons，PAHs)和芳香胺的主要酶 类，主要在肺组织中表达，CYP1A1基因多态性与肿瘤的关系正日益受到重视。

本发明目标检测的CYP1A1基因多态性位点，如表所示：

  序号   CYP1A1位点突变的内容   简写   1   SEQ ID NO.65的第109位核苷酸，发生T→C突变   T109C   2   SEQ ID NO.66的第97位核苷酸，发生T→C突变   T97C   3   SEQ ID NO.67的第133-134位核苷酸之间，插入1个T   133-134insT   4   SEQ ID NO.67的第201位核苷酸，发生T→A突变   T201A   5   SEQ ID NO.67的第240位核苷酸，发生C→A突变   C240A   6   SEQ ID NO.67的第242位核苷酸，发生A→G突变   A242G   7   SEQ ID NO.67的第248位核苷酸，发生C→A突变   C248A   8   SEQ ID NO.68的第135位核苷酸，发生G→T突变   G135T

目前，对CYP1A1基因多态性进行检测、分析的方法主要有：直接测序法和PCR-RFLP分 析法等，其中最常用的方法有PCR-RFLP分析法。PCR-RFLP法是基于基因突变造成的限制性 内切酶识别位点的改变，如位点丢失或产生新位点，通过PCR扩增某一特定片段，再用限制 性内切酶酶切扩增产物，电泳观察片段的大小，这种方法用于检测酶切位点改变的基因突变， 可直接判断基因型，但该法不能用于没有产生新酶切位点的基因突变检测。再次，以上这些 方法都存在着检测通量的局限性，每次只能检测一种突变类型，不能满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的之一是提供CYP1A1基因多态性检测液相芯片，该液相芯片可用于检测 CYP1A1基因八种常见基因型T109C、T97C、133-134insT、T201A、C240A、A242G、C248A 和G135T的野生型和突变型。

实现上述目的的技术方案如下：

一种CYP1A1基因多态性检测液相芯片，包括有：

(A).针对CYP1A1基因不同多态性位点分别设计的野生型和突变型的ASPE引物：每 种ASPE引物由5’端的tag序列和3’端针对目的基因多态性位点的特异性引物序列组成，所述特 异性引物序列为：针对T109C位点的SEQ ID NO.17和SEQ ID NO.18；针对T97C位点的SEQ ID  NO.19和SEQ ID NO.20；针对133-134insT位点的SEQ ID NO.21和SEQ ID NO.22；针对T201A 位点的SEQ ID NO.23和SEQ ID NO.24；针对C240A位点的SEQ ID NO.25和SEQ ID NO.26； 针对A242G位点的SEQ ID NO.27和SEQ ID NO.28；针对C248A位点的SEQ ID NO.29和SEQ ID NO.30；和/或针对G135T位点的SEQ ID NO.31和SEQ ID NO.32；所述tag序列选自SEQ ID  NO.1～SEQ ID NO.16；

(B).有anti-tag序列包被的、具有不同颜色编码的微球，所述anti-tag序列与微球连接中 间还设有间隔臂序列；所述anti-tag序列选自SEQ ID NO.33～SEQ ID NO.48，且所述anti-tag序 列能相应地与(A)中所选的tag序列互补配对；

(C).用于扩增出需要检测的、具有相应多态性位点的目标序列的引物。

优选地，所述扩增引物为针对T109C位点的SEQ ID NO.49和SEQ ID NO.50；针对T97C 位点的SEQ ID NO.51和SEQ ID NO.52；针对133-134insT、T201A、C240A、A242G、C248A 位点的SEQ ID NO.53和SEQ ID NO.54；和/或针对G135T位点的SEQ ID NO.55和SEQ ID  NO.56。

优选地，所述ASPE引物为：针对T109C位点的由SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.17组成的序 列及由SEQ ID NO.2和SEQ ID NO.18组成的序列；针对T97C位点的由SEQ ID NO.3和SEQ ID  NO.19组成的序列及由SEQ ID NO.4和SEQ ID NO.20组成的序列；针对133-134insT位点的由 SEQ ID NO.5和SEQ ID NO.21组成的序列及由SEQ ID NO.6和SEQ ID NO.22组成的序列；针对 T201A位点的由SEQ ID NO.7和SEQ ID NO.23组成的序列及由SEQ ID NO.8和SEQ ID NO.24 组成的序列；针对C240A位点的由SEQ ID NO.9和SEQ ID NO.25组成的序列及由SEQ ID  NO.10和SEQ ID NO.26组成的序列；针对A242G位点的由SEQ ID NO.11和SEQ ID NO.27组成 的序列及由SEQ ID NO.12和SEQ ID NO.28组成的序列；针对C248A位点的由SEQ ID NO.13和 SEQ ID NO.29组成的序列及由SEQ ID NO.14和SEQ ID NO.30组成的序列；和/或针对G135T 位点的由SEQ ID NO.15和SEQ ID NO.31组成的序列及由SEQ ID NO.16和SEQ ID NO.32组成 的序列。

本发明的另一目的是提供用于CYP1A1基因多态性检测的特异性引物。

实现上述目的的技术方案如下：

用于CYP1A1基因多态性检测的特异性引物，其为：针对T109C位点的SEQ ID NO.17和 SEQ ID NO.18；针对T97C位点的SEQ ID NO.19和SEQ ID NO.20；针对133-134insT位点的SEQ  ID NO.21和SEQ ID NO.22；针对T201A位点的SEQ ID NO.23和SEQ ID NO.24；针对C240A 位点的SEQ ID NO.25和SEQ ID NO.26；针对A242G位点的SEQ ID NO.27和SEQ ID NO.28； 针对C248A位点的SEQ ID NO.29和SEQ ID NO.30；和/或针对G135T位点的SEQ ID NO.31和 SEQ ID NO.32。

本发明的主要优点在于：

1.本发明所提供的检测液相芯片的检测结果与测序法的吻合率高达100％。且检测所需要的 时间远远低于常用的测序技术，特别符合实际应用需要。所制备的CYP1A1基因多态性检测 液相芯片具有非常好的信号-噪声比，并且所设计的探针以及anti-tag序列之间基本上不存在 交叉反应，tag标签序列、anti-tag标签序列的选取以及tag标签序列与具体ASPE引物的结合， 能够避免交叉反应，实现多个SNPs位点的并行检测。

2.本发明通过发明人长期积累的设计经验和大量的实验操作，从众多的特异性引物中选取 了最优的组合。本发明设计的ASPE引物特异性引物能够灵敏特异地识别目标检测的多态性 位点，准确区分各种型别的基因型；在同一个反应体系中，不同的特异性引物之间、特异性 引物与非目标检测的PCR扩增产物之间基本上不存在交叉反应，检测特异性好，交叉反应率 低于3％；除了能够检测单个位点突变情况，也能够同时并行检测多个突变位点的多态性情 况，检测效果一致。

3.本发明的检测方法步骤简单，8种多态性位点检测可通过一步多重PCR即可完成4条含有 SNP位点的目标序列的扩增，避免了反复多次PCR等复杂操作过程中存在的诸多不确定因素， 因而可大大提高检测准确率，体现了精确的同时定性、定量分析特征。

4.本发明不仅克服了传统固相芯片敏感性不高，检测结果的可重复性差的缺陷，同时对现 有的液相芯片技术进行改进，使得所制备微球能适用于不同的检测项目，具有很强的拓展性。 检测的荧光信号值大大提高，从而使得检测的灵敏度进一步得到提高，信噪比增强，检测结 果更加准确可靠。

5.本发明中的CYP1A1基因多态性检测液相芯片为多个位点多种基因型的并行检测提供了 一种不同构思的技术方案，并产生了显著的技术效果。同时，由于高通量高特异性等技术特 征，更加符合实际应用的需求。本发明的液相芯片技术将代表着生物靶标检测的技术发展趋 势。

具体实施方式

实施例1 CYP1A1基因多态性检测液相芯片，主要包括有：

一、ASPE引物

针对CYP1A1基因八种常见基因型T109C、T97C、133-134insT、T201A、C240A、A242G、 C248A和G135T的野生型和突变型，分别设计特异性引物序列。ASPE引物由“Tag序列+特异 性引物序列”组成。ASPE引物序列如下表所示：

表1 CYP1A1基因的ASPE引物序列(Tag序列+特异性引物序列)

每条ASPE引物包括两个部分，5’端为针对相应微球上ami-tag序列的特异性tag序列，3’ 端为突变型或野生型特异的引物片段(如上述表1所示)。所有ASPE引物由上海生工生物工程 技术服务有限公司合成。合成后的每条引物分别用10mmol/L Tris Buffer配制成100pmol/mL的 贮存液。

二、anti-tag序列包被的微球

根据所设计的ASPE特异性引物片段，选择tag序列，最大限度地减少各微球的anti-tag序 列之间以及tag与ASPE特异性引物片段可能形成的二级结构，选择的16种微球编号与微球上 相应的anti-tag序列如表2所示：

表2 微球编号与微球上相应的anti-tag序列

选择的16种微球购自美国Luminex公司，将anti-tag序列包被于微球上。anti-tag序列与微球之 间连接有5-10个T的间隔臂序列，即在每个anti-tag序列前加上一段5-10个T的间隔臂序列， anti-tag序列由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。将合成的anti-tag序列用灭菌ddH20配成 100nmol/ml的贮存液。所述间隔臂为用于将anti-tag与微球表面间隔开来或是将anti-tag置于亲水性 环境中的序列。通过在anti-tag序列与微球之间设置适当长度的间隔臂序列，可减少空间位阻， 提高杂交反应的效率以及杂交反应的特异性。常见的间隔臂序列包括多聚dT，即poly(dT)，寡 聚四聚乙二醇以及(CH2)n间隔臂(n≥3)，如(CH2)12、(CH2)18等。另外，如果存在poly (dA)干扰，还可以用poly(TTG)作为间隔臂。本发明间隔臂优选为5-10个T，微球包被的 过程如下：

分别取5×10⁶个上述编号的羧基化的微球(购自Luminex公司)悬浮于50ul 0.1mol/L的 MES溶液中(pH4.5)，加入10ul合成的anti-tag分子(100nmol/ml)。配制10ng/ml的EDC(N- (3-Dimethylaminopropyl-N-ethylcarbodiimide)(购自Pierce Chemical公司)工作液。往微球悬 液中加入2.5ul的EDC工作液，恒温孵育30分钟，再加入2.5ul的EDC工作液，再恒温孵育30分 钟。反应结束后，用0.02％的Tween-20洗涤一次，再用0.1％的SDS液洗涤一次。将洗涤后的包 被有anti-tag序列的微球重悬于100ul的Tris-EDTA溶液[10mmol/L Tris(pH8.0)]，1mmol/L EDTA 中，2-8℃避光保存。

三、扩增出含有突变位点的目标序列的引物

针对CYP1A1基因八种常见基因型T109C、T97C、133-134insT、T201A、C240A、A242G、 C248A和G135T，设计扩增引物对(见表3)，分别扩增出四条含有多态性位点的目标序列。

表3 扩增出具有多态性位点的目标序列的引物

所有引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。合成后的每条引物分别用 10mmol/L Tris Buffer配制成100pmol/mL的贮存液。

实施例2 运用实施例1所述的CYP1A1基因多态性检测液相芯片对样本的检测

所述各种溶液的配方如下：

50mM的MES缓冲液(pH5.0)配方(250ml)：

2×Tm杂交缓冲液

  试剂   来源   终浓度   每250ml的用量   1MTris-HCl，pH8.0   SigmaT3038   0.2M   50ml   5MNaCl   Sigma S5150   0.4M   20ml   Triton X-100   Sigma T8787   0.16％   0.4ml

过滤后贮存于4℃。

ExoSAP-IT试剂盒购自美国USB公司。

生物素标记的dCTP购自上海生工生物工程技术服务有限公司。

一、样本的DNA提取：

参照《分子克隆》关于DNA提取的相关方法，得到待检测的DNA。

二、待测样品的PCR扩增

设计四对引物，多重PCR一步扩增出分别含有CYP1A1基因八种常见基因型T109C、T97C、 133-134insT、T201A、C240A、A242G、C248A和G135T的四条目标序列，其中，133-134insT、 T201A、C240A、A242G和C248A位于同一条扩增产物，产物大小分别为274bp、215bp、540bp 和255bp，引物序列(SEQ ID NO.49-56)见上述表3所示。

首先配制多重PCR引物工作液：分别各取SEQ ID NO.49-56的引物贮存液100ul于1.5ml微量 离心管中，混合均匀即为多重PCR引物工作液。多重PCR反应体系如下：

PCR扩增程序为：95℃3min；94℃30s，56℃30s，72℃40s，30个循环；72℃10min；4℃保 存备用。

三、PCR产物的酶切处理

1.取7.5ul PCR反应后的产物，加入1ul 10×SAP缓冲液、1ul SAP酶和0.5ul Exo-I酶；

2.37℃孵育15min，80℃孵育15min，灭活多余的酶。酶切处理后的产物直接用于后续的ASPE 引物延伸反应。

四、位点特异的引物延伸反应(ASPE)

利用上述设计的ASPE引物进行引物延伸反应，在反应过程中掺入生物素标记的dCTP，从 而使反应后的产物带上多个的生物素标记。

首先配制混合的ASPE引物工作液：分别取待检测基因相应的野生型和突变型ASPE引物贮 存液10ul于1.5ml微量离心管中，加入10mmol/L Tris Buffer补至200ul，混合均匀即为ASPE混合 引物工作液。ASPE反应的体系如下：

反应程序为：96℃2min；94℃30s，54℃1min，72℃2min，30个循环；4℃保存备用。

五、杂交反应

1.根据设计的ASPE引物，每组选择相应的最优包被的微球(如实施例1所示)，每种微球浓 度均为2.5×10⁵个/mi。每种微球分别带有不同颜色编码，同时每种微球表面分别连接有一段 24bp的特异性的寡核苷酸序列(anti-tag)，这些anti-tag序列能分别与对应的ASPE引物5’端 的tag序列特异结合；

2.分别取1ul每种编号的微球于1.5ml的微量离心管中；

3.微球于≥10000g离心1-2min；

4.弃去上清，微球重悬于100ul的2×Tm杂交缓冲液中，涡旋混匀；

5.取25ul上述微球悬液于96孔滤板相应的孔中，对照孔加25ul的ddH₂O；

6.取5-25ul的ASPE反应液于相应的孔中，用ddH₂O补足至50ul；

7.用锡箔纸包住96孔板以避光，95℃60s，37℃15min孵育杂交；

8.杂交后的微球于≥3000g离心2-5min；

9.去上清，将微球重悬于75ul的1×Tm杂交缓冲液中；

10.微球于≥3000g离心2-5min；

11.将微球重悬于75ul的1×Tm杂交缓冲液中，加入15ul浓度为10ug/ml的链霉亲和素-藻红蛋 白(SA-PE)；

12.37℃孵育15min，于Luminex仪器上检测。

六、结果检测与数据分析

反应后产物通过Luminex系列分析仪器检测。检测结果如表4、表5和表6所示。 对荧光值(MFI)和数据处理有以下要求：

1.每个位点需至少有一个等位基因MFI大于300而且大于10×PCR阴性对照MFI；

2.NET MFI＝样品MFI-PCR阴性对照MFI(NET MFI小于0的以0表示)；

3.满足以上两个条件的数据，按下列公式计算突变比值：

突变比值＝突变型NET MFI÷(突变型NETMFI+野生型NET MFI)

4.根据经验对每个检测位点的突变比值确定阈值(cut-off值)，以划分野生型纯合子、杂合 子和突变型纯合子。

使用本方法检测20份样本的CYP1A1基因多态性位点，实验数据符合上述要求，因此可计 算得它们的突变比值。阈值(cut-off值)的设置如下：突变比值范围在0％-20％视为野生型纯 合子；30％-70％视为杂合子；80％-100％视为变异型纯合子。以测序法检测与液相芯片结果作 对照，计算本发明所提供的分型方法检测结果的吻合率。本方法检测20份样本的CYP1A1基因 型检测结果与测序结果吻合率达到100％。可见本发明所提供的CYP1A1基因多态性检测液相 芯片能够准确地检测出CYP1A1基因多态性位点类型，且结果稳定可靠。

表4 样本检测结果(MFI)之一

表5 样本检测结果(MFI)之二

表6 样本CYP1A1基因突变比值(％)

  样品号   T109C   T97C   133-134insT   T201A   C240A   A242G   C248A   G135T   1   2％   1％   2％   3％   1％   2％   2％   1％   2   1％   2％   2％   1％   1％   2％   3％   3％   3   98％   1％   1％   2％   1％   2％   1％   2％   4   3％   2％   2％   2％   3％   3％   2％   2％   5   2％   1％   98％   3％   1％   2％   2％   99％   6   1％   1％   2％   2％   2％   2％   1％   1％   7   2％   1％   3％   1％   1％   98％   1％   3％   8   2％   2％   1％   98％   2％   1％   3％   1％   9   2％   2％   3％   2％   1％   2％   2％   2％   10   2％   1％   2％   1％   2％   2％   52％   2％

  11   2％   1％   3％   2％   2％   1％   3％   1％   12   1％   1％   2％   1％   1％   1％   3％   1％   13   2％   1％   3％   2％   2％   1％   2％   2％   14   1％   1％   2％   2％   2％   1％   99％   2％   15   2％   1％   5％   1％   2％   1％   1％   2％   16   1％   1％   2％   2％   1％   2％   1％   2％   17   1％   2％   1％   2％   2％   3％   1％   2％   18   2％   1％   3％   2％   1％   1％   2％   2％   19   2％   2％   2％   2％   2％   2％   2％   2％   20   2％   1％   1％   2％   2％   1％   2％   2％

表7 样本CYP1A1基因突变类型分析结果

  样本号   液相芯片检测结果   测序结果   1   野生型   野生型   2   野生型   野生型   3   109CC   109CC   4   野生型   野生型   5   133-134insT、135TT   133-134insT、135TT   6   野生型   野生型   7   242GG   242GG   8   201AA   201AA   9   野生型   野生型   10   248CA   248CA   11   野生型   野生型   12   野生型   野生型   13   野生型   野生型   14   248AA   248AA   15   野生型   野生型   16   野生型   野生型

  17   野生型   野生型   18   野生型   野生型   19   野生型   野生型   20   野生型   野生型

实施例3 不同的ASPE引物的液相芯片对CYP1A1基因多态性位点的检测

一、液相芯片制备的设计(Tag序列及Anti-Tag序列的选择)

以CYP1A1基因T201A和A242G位点突变检测液相芯片为例，分别针对T201A和A242G 的野生型和突变型设计ASPE引物3’端的特异性引物序列，而ASPE引物5’端的Tag序列则 选自SEQ ID NO.1-SEQ ID NO.16，相应的，包被于微球上的与对应tag序列互补配对的anti-tag 序列选自SEQ ID NO.33-SEQ ID NO.48。具体设计如下表(表8)所示。ASPE引物的合成、 anti-tag序列包被微球、扩增引物、检测方法等如实施例1和实施例2所述。

表8 液相芯片制备的设计

二、样品检测

采用上述设计制备的液相芯片，按实施例2所述检测过程和方法对样品21-40进行检测， 检测结果如下：

表9 样本检测结果与基因多态性分析

表10 样本检测结果与基因多态性分析

其它针对不同突变位点的液相芯片，ASPE引物运用不同的Tag序列，其结果依然稳定 可靠，具体数据省略。而ASPE引物选用实施例1中tag序列与特异性引物序列搭配时，效果 更佳(信噪比更好)，参见本实施例试验组2和试验组5。其它不同tag序列与特异性引物序 列搭配，与实施例2和本实施例的结果相同，具体数据省略。

实施例4 CYP1A1基因多态性检测特异性引物序列的选择

一、液相芯片制备的设计(野生型和突变型特异性引物序列的选择)

以CYP1A1基因C240A和C248A的多态性位点检测液相芯片为例，以该突变位点所在 目标序列的正向或反向互补序列为模板，分别针对C240A和C248A的野生型和突变型设计 ASPE引物3’端的特异性引物序列，包括本发明实施例1中优选的特异性引物序列和2条备 选的特异性引物序列，如表11所示。其中，内碱基为多态性位点。

表11 特异性引物序列

以CYP1A1基因C240A和C248A的多态性位点检测液相芯片为例，针对C240A和 C248A选用不同的特异性引物序列，而ASPE引物5’端的Tag序列则固定为实施例1中的 最佳效果序列，并选用与之相对应的anti-tag序列，具体设计如下表(表12)所示。ASPE引 物的合成、anti-tag序列包被微球、扩增引物、检测方法等如实施例1和实施例2所述。

表12 液相芯片制备的设计之二

二、样品检测

采用上述设计制备的液相芯片，按实施例2所述检测过程和方法对样品41-60进行检测， 检测结果如下：

表13 样本检测结果与基因多态性分析

表14 样本检测结果与基因多态性分析

由本实施例可见，ASPE引物选用实施例1中特异性引物序列与tag序列搭配时，效果 更佳(信噪比更好)，参见本实施例试验组7和试验组10。其它来源于目标检测位点所在序 列的正向或反向互补序列的不同特异性引物序列与tag序列搭配，依然是实施例1中特异性 引物序列与tag序列搭配效果更佳。其它针对不同的多态性位点的多种特异性引物序列与tag 序列搭配，与实施例2和本实施例的结果相同，即实施例1所选择的特异性引物，具有更好 的信噪比，检测效果也更好，具体数据省略。

以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范 围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。